高速公路隧道監(jiān)控環(huán)網(wǎng)組成方式淺析

■文/邢文俊

隨著我國高速公路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術的成熟，地區(qū)、地形的需要以及管理、運營觀念的轉變，高速公路隧道的設置已經(jīng)日趨普遍。而隧道監(jiān)控系統(tǒng)作為運營階段最為直觀的隧道管理方法，也一直是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中至關重要的一個環(huán)節(jié)。針對日益完備的監(jiān)控理論及數(shù)量漸多的監(jiān)控設備，隧道監(jiān)控環(huán)網(wǎng)的組成方式也變得越來越多樣化。

一、現(xiàn)行的組網(wǎng)方式

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國現(xiàn)行的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方式已經(jīng)形成了數(shù)據(jù)傳輸與視頻傳輸分別單獨設置的固定模式。

1.數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方式

常用的數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方式可分為以下幾種形式：

① 點對點傳輸方式（線形傳輸）

當隧道內或隧道口監(jiān)控設備較少時采用的數(shù)據(jù)傳輸方式。

② 環(huán)網(wǎng)傳輸方式（環(huán)形網(wǎng)絡結構）

當隧道內監(jiān)控設備較多且均勻分布時采用的網(wǎng)絡構成方式。

③ 集中上傳方式（星形網(wǎng)絡結構）

當隧道口或隧道內集中區(qū)域內監(jiān)控設備數(shù)量較多時采用的網(wǎng)絡構成方式。

2.視頻傳輸組網(wǎng)方式

針對隧道長度的區(qū)別，對隧道區(qū)域的視頻監(jiān)控可分為隧道洞口視頻監(jiān)控及隧道內視頻監(jiān)控兩部分。

①隧道洞口視頻監(jiān)控

對于全線隧道數(shù)量較少的路段，一般采用點對點的傳輸方式，即各隧道洞口的遙控攝像機及隧道機房固定攝像機分別與隧道管理所或監(jiān)控分中心通信；對于隧道數(shù)量多或路線線形復雜的路段，則采用環(huán)網(wǎng)傳輸方式，即外場視頻一一相接，形成環(huán)形數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，再由環(huán)網(wǎng)中與隧道管理所或監(jiān)控分中心相鄰的兩個節(jié)點將整個網(wǎng)絡中的視頻數(shù)據(jù)傳輸至中心控制設備內。

②隧道內視頻監(jiān)控

由于國家推薦性行業(yè)標準中規(guī)定了隧道內固定攝像機的設置間距不宜大于150米，就決定了隧道內視頻監(jiān)控的組網(wǎng)方式大多為環(huán)網(wǎng)傳輸方式。有所不同的是：部分路段將各個隧道的每個視頻環(huán)路均接至監(jiān)控分中心，由監(jiān)控分中心的視頻控制設備分別與其構成環(huán)路，而有些路段則先將視頻環(huán)路接至隧道管理所，再由各個隧道管理所構成一個更大的環(huán)網(wǎng)，達到視頻大環(huán)的效果；另外，由于國內各省管理中心選用設備的品牌不同，限于部分品牌設備硬件規(guī)格的原因，造成視頻環(huán)路中可容納的視頻路數(shù)有所區(qū)別，但總體的網(wǎng)絡構成方式是不變的。

二、創(chuàng)新的組網(wǎng)方式

上述傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式能夠滿足實際使用的需求，但在實際的工程實施及后期維護過程中，一些更好的組網(wǎng)方式逐漸被發(fā)現(xiàn)，它們可以在不提高甚至降低成本的情況下，達到同樣的實際使用效果。

1.關于數(shù)據(jù)與視頻傳輸設備的共用

原有的監(jiān)控數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與監(jiān)控視頻網(wǎng)絡從傳輸物理層上講是相對獨立的。而在即將實施的承張高速公路承德段內，建設單位考慮采用同一傳輸設備將距離較近的隧道內監(jiān)控設備（例如車輛檢測器、可變信息標志）與隧道內固定攝像機一并傳輸至隧道管理所或監(jiān)控分中心，再由隧道管理所或監(jiān)控分中心的接收設備端將數(shù)據(jù)與視頻分別傳至各自的交換機中。

2.關于隧道內本地控制器網(wǎng)絡的活用

原有的本地控制器網(wǎng)絡內容較為單一，僅為本地控制器的組網(wǎng)及相鄰的不間斷電源（UPS、EPS）提供傳輸通道。而在照明及風機低壓柜在隧道內分散設置的時候，本地控制器網(wǎng)絡的節(jié)點較多，不間斷電源的數(shù)量也較多，就近的監(jiān)控設備與本地控制器網(wǎng)絡的傳輸設備距離就相對地縮短了。因此，可將隧道內監(jiān)控設備一并接入本地控制器的網(wǎng)絡，共用物理傳輸資源。

3.關于隧道洞口的監(jiān)控設備

原有的隧道洞口監(jiān)控設備首先將數(shù)據(jù)傳輸至隧道口機房，再進行下一步的上傳。此部分傳輸由于物理路由簡單，距離近，通常采用點對點傳輸方式。在實際應用中，由于隧道口車輛檢測器、可變信息標志及遙控攝像機的距離較近，可考慮將其數(shù)據(jù)合并上傳。而作為核心的網(wǎng)絡構成設備及傳輸設備，隧道洞口的以太網(wǎng)交換機及工業(yè)級光端機的作用則顯得過為重要。新的組網(wǎng)方式是將隧道洞口的監(jiān)控傳輸設備連接成環(huán)網(wǎng)方式，并通過四光口的數(shù)據(jù)傳輸設備使其與其他數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡（例如本地控制器網(wǎng)絡）中就近的兩個節(jié)點并聯(lián)，做到一主一備的1+1保護。

三、優(yōu)劣對比

現(xiàn)行的網(wǎng)絡構成方式中，線形網(wǎng)絡及星形網(wǎng)絡應用較多，但線形網(wǎng)絡雖然有著一處故障不影響其他設備的好處，但投資較大，占用資源較多；而星形網(wǎng)絡中網(wǎng)絡中心節(jié)點的作用過于關鍵，一旦中心節(jié)點的設備故障，則會出現(xiàn)大面積設備數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)默F(xiàn)象，影響較為嚴重。故，在不顯著增加投資的情況下，應優(yōu)先考慮選用環(huán)形網(wǎng)絡構成方式，以提高整個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的安全性、穩(wěn)定性及豐富性。

1.數(shù)據(jù)視頻共用的優(yōu)勢

由于高速公路的長隧道及特長隧道中，監(jiān)控設備（例如車輛檢測器、可變信息標志）的數(shù)量不多，布設相對集中，而固定攝像機布設距離多為150米一套，對監(jiān)控設備的布設范圍基本可以覆蓋。同時，隨著工業(yè)級數(shù)據(jù)傳輸技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)與視頻共同傳輸?shù)囊惑w式設備也已經(jīng)極其普遍，設備成本上也優(yōu)于獨立設置的方式，更為經(jīng)濟。因此，將數(shù)據(jù)與視頻合并傳輸，不僅可以節(jié)約建設成本，減少可預見的故障點，還可以節(jié)省光纖資源，使隧道內監(jiān)控光纜的配纖更為自由、靈活，達到實施簡易，維護方便的效果。

2.本地控制器網(wǎng)絡擴展的益處

當照明系統(tǒng)及通風系統(tǒng)的低壓控制柜設置于隧道內時，隧道內如選用本地控制器控制方法，設備的布設將會十分分散。而根據(jù)國家行業(yè)標準中對照明系統(tǒng)及通風系統(tǒng)的設備布設原則的描述，及需控制點的數(shù)量可大致確定，本地控制器的數(shù)量不會很大且布設平均。這就使得本地控制器網(wǎng)絡的傳輸設備布設區(qū)域亦可基本覆蓋隧道內的監(jiān)控設備。此種網(wǎng)絡擴展的益處在隧道變電所或隧道監(jiān)控設備機房設置于隧道內橫洞位置的時候體現(xiàn)得尤為明顯。

福建省永寧高速公路的隧道供配電系統(tǒng)中，就設置了橫洞變電所。當其中隧道長度大于2500米，需要設置隧道內車輛檢測器及可變信息標志的時候，隧道內監(jiān)控專用的8芯光纜資源就顯得十分緊張。由于采用集中供電方式的原因，隧道洞口并未單獨設置變電所及監(jiān)控系統(tǒng)用的設備機房。這就使得隧道內及隧道洞口的所有監(jiān)控設備均需將數(shù)據(jù)傳輸至隧道內的橫洞變電所內。鑒于隧道口監(jiān)控設備的布設規(guī)則基本成熟，設備的數(shù)量就也已經(jīng)確定。如果累積計算橫洞變電所內需與隧道口主干光纜接續(xù)的芯數(shù)及位于洞口的遠端本地控制器需與位于橫洞變電所內的主本地控制器之間通信所用的芯數(shù)，那么在隧道進口區(qū)域，設計的八芯光纜就已基本用盡，無備用芯數(shù)。

而如果使用本地控制器網(wǎng)絡的拓展，就可將隧道洞口的監(jiān)控設備首選傳輸至位于隧道洞口的遠端本地控制器處，再由遠端本地控制器的傳輸設備僅利用一芯光纖將所有的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸至橫洞變電所。此種方式在隧道內監(jiān)控設備與橫洞變電所之間的區(qū)域亦可以推廣使用，均可以達到很好的實際效果，節(jié)省了光纜材料的建設成本，而不增加其他系統(tǒng)的投入及開支。

3.隧道洞口監(jiān)控設備重新組網(wǎng)的新意

現(xiàn)在廣泛采用的洞口監(jiān)控設備數(shù)據(jù)匯流方案是將所有洞口設備傳至隧道機房，再進行上傳。而重新組網(wǎng)后，每個監(jiān)控設備均采用節(jié)點型傳輸設備，如此既可節(jié)省了原來必須的成對出現(xiàn)的點對點傳輸設備，同時，也可以摒棄慣用的八芯光纜而改用四芯光纜。由于改為環(huán)網(wǎng)方式進行數(shù)據(jù)傳輸，不再需要根據(jù)設備的數(shù)量增加而擴大光纜芯數(shù)的設計，僅需要一主一備兩芯光纖即可實現(xiàn)原有的功能。在接入其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的時候，可選擇距離洞口最近的網(wǎng)絡節(jié)點。采用分別接入兩個節(jié)點位置是考慮到如果采用單節(jié)點方案時，此節(jié)點的作用又會過于重要。一旦此節(jié)點位置的設備故障，洞口設備的數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)就會與中心徹底失去聯(lián)系，與原來的星形網(wǎng)絡并無本質的區(qū)別了。采用雙節(jié)點方式即可在其中一個節(jié)點出現(xiàn)故障的同時，仍然保證起碼的正常數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡穩(wěn)定性更高。

四、結語

環(huán)形的網(wǎng)絡構成方式在通信行業(yè)中已經(jīng)長時間穩(wěn)定地使用了。甚至在高速公路的通信系統(tǒng)中，也將環(huán)形網(wǎng)絡作為主要的網(wǎng)絡構成方式。以往及現(xiàn)在正在使用中的監(jiān)控系統(tǒng)在主線監(jiān)控及部分隧道監(jiān)控中也使用過環(huán)網(wǎng)方式，但并不全面。在今后的建設計劃中，環(huán)形網(wǎng)絡將得到廣泛的發(fā)展與應用。那么，作為強調管理安全性、方便性、快捷性的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，環(huán)形網(wǎng)絡構成方式就應該得到大力的推廣及徹底的應用。注重細節(jié)，開拓創(chuàng)新，勇于實踐則會使隧道監(jiān)控系統(tǒng)更加人性化，科技化、合理化。